皮带机缓冲床技术的研究及改进设计

王斌 杜江艳

摘要：缓冲床的设计主要用来替代缓冲托辊，提高整机运行可靠性，减少摩擦缓冲，缓解物料冲击，保护和延长输送带使用寿命及安全运行的目的。在带式输送机的应用中起着不可或缺的作用，其质量的好坏直接关系到带式输送机及胶带的运行状况、运行质量和能源消耗，是影响整机可靠性和寿命的关键部位。本文介绍了皮带机缓冲床的应用领域、主要性能和结构改进设计。

关键词：缓冲托辊；皮带机；缓冲床；缓冲条；高分子聚乙烯；改进设计

1、前言

缓冲托辊用于带式输送机受料处减缓落料对输送带的冲击，主要解决皮带输送机落料点和受料部位减缓冲击的需求，广泛用于煤炭、化工、矿山、钢铁、水泥、电力、港口等。整体式托辊辊体专用的高分子材料，具有很好的耐磨性，而且具有良好的自润滑性能，不伤皮带，可承受中等负荷冲击；钢套复合的缓冲托辊耐冲击力更强。但缓冲托辊自身的轴套和支架的拼装结构也成为不易更换和容易损伤输送带的缺陷，特别是输送带在落料点的受力不均匀，更加剧了单个托辊事故的发生率，增加了日常的修补和维护费用，该工作点也成为皮带机检修维护和重点治理的突出部位，为此国际上很多工程设计公司先后设计了不同的物料缓冲装置加以改善物料缓冲，最后由德国工程师发明的缓冲床，经过逐步的改进得到广大客户认可，被全球所采用。

2、传统缓冲床的设计及存在缺陷

2.1传统缓冲床的设计

传统缓冲床通用结构设计是两部分组成：缓冲条+钢构，这种结构是经过长时间的设计和适用调整，最终确定下的结构，此种结构是目前较为通用的结构。

缓冲条是由聚乙烯材料、橡胶、型钢三者不同性能的物质地粘结在一起，通常主要采用两种粘结技术，一种是热硫化粘结技术，另一种是冷粘结技术，但是冷粘结技术不能从根本上解决问题，在长时间使用过程中会出现粘接层法人撕裂现场，因此，热硫化技术才是解决问题的关键。

缓冲条表面的材料与输送带直接接触，主要采用聚乙烯板。聚乙烯摩擦系数最低，自润滑性能好，利于输送带通过，非常适合恶劣工况下的缓冲条表面材料，但是对厂家工艺的要求较高，不经过特殊处理与橡胶极难结合。

缓冲条在收到冲击时，主要通过弹性物质通过自身的物理弹性起到很好缓冲作用，因此橡胶弹性必须满足邵氏硬55度左右（硬度过高就起不到物料缓冲作用），耐腐蚀性、抗撕裂力、抗拉强度、断裂伸长率等条件。

钢构是缓冲床的构架，连接缓冲条，并与皮带进行角度贴合，结构主要选用槽钢、角钢等标准型钢经过焊接组成，最终整体安装在整机机架上。

2.2传统缓冲床存在的缺点

（1）整体钢结构没有高度和角度调整，灵活性差。

（2）缓冲床与机架连接之间没有二次缓冲橡胶垫，在皮带机运行物料下落过程单靠缓冲条的缓冲橡胶垫缓冲，缓冲效果不佳。

（3）缓冲条的耐磨层在运行过程中长时间与皮带摩擦是易耗件，其耐磨层厚度只有15mm，使用寿命短，且摩察力较大，自润滑效果不是很好。

（4）缓冲条是由聚乙烯材料、橡胶、型钢三者不同性能的物质通过特殊的热硫化技术粘结在一起，技术难、成本高，而且这种连接方式所造成的直接后果就是缓冲层容易发生窜动。

3、缓冲床的改进设计

本文缓冲床同样也是采用缓冲条+钢构的组合形式，但是是在发扬传统缓冲床优势的基础上进行了优化设计，具体改进设计如下：

3.1整机增加缓冲橡胶垫

缓冲橡胶垫应用在机架与缓冲床连接的中间位置，本文选用氯丁橡胶CR，其具有良好的物理机械性能，耐油、耐热、耐燃、耐日光、耐老化、耐臭氧、耐酸碱、耐化学试剂。具有较高的拉伸强度、伸长率和可逆的结晶性，粘接性好。

3.2钢结构改进设计

通过对市场调研和分析，针对传统缓冲床应用的缺点，本文整体选用钢构架，采用一级角度调整、二级缓冲、三级高度调整的组合结构设计。

（1）通过缓冲橡胶垫进行两次缓冲，真正的改善了落料点的受力状况。

（2）立板与缓冲床的底座连接，上面的3个通孔，可进行高度调整。

（3）弧形板可进行5°～15°范围内的角度调整，使耐磨层同运输带槽型的匹配贴合度、均匀磨损度得到更好的利用，综合使用寿命大幅延长。

本文以带宽1200mm，角度35°为例进行结构改进设计，其结构如图一所示。

3.3耐磨缓冲条的改进设计

在缓冲条材质的选择上，我们实验了超高分子量聚乙烯板、聚氨酯、陶瓷三种材料。陶瓷耐磨性能较好，但摩擦系数特别高，容易导致输送皮带划伤，起热，冒烟，危害性极大。聚氨酯粘接性能好，对粘接技术要求较低但是该材质容易水解，而且抗冲击力较差，长时间使用仍然容易出现开胶分层现象。超高分子量聚乙烯摩擦系數最低，自润滑性能好，利于输送带通过，非常适合恶劣工况下的缓冲条表面材料。主要改进设计如下：

（1）耐磨缓冲条外形尺寸为75×100×1600（如图二），整体材料选用德国进口超高分子量聚乙烯，其具有超强的冲击韧性、耐磨性、自润滑性优良，耐低温冲击，耐化学腐蚀、抗老化性能强。

其制作工艺要求表面平整、均匀、光滑，无裂纹；分子量≥900万；磨损度为每毫米≥900h，比重：0.93-0.95。摩擦系数：0.08—0.20（HY-GR复合后：0.05---0.08）。机械性能：在200℃以下不熔化，不变形。

（2）目前国内市场缓冲条由耐磨层厚度15mm聚乙烯、60mm厚缓冲橡胶、铝合金三种不同物质采用特殊的热硫化粘结技术，进行硫化粘贴，成本很高。本文耐磨缓冲条全身采用高分子量聚乙烯，耐磨层厚度75mm，用螺栓直接固定于钢构架上，此方法，不用热硫化粘结技术，结构简单，拆卸方便，使用寿命长。

（3）很好的利用固定缓冲条的螺栓孔φ21，可将自润滑复合棒放入其内，实现连续在线润滑的二级自润滑作用，极大地降低摩擦系数。

4、结语

终上所述，本文改进设计的新型缓冲床是在传统缓冲床的受力支点上增加了角度可调支架、二级橡胶缓冲及综合应用复合固体自润滑复合棒而实现连续在线润滑，可充分有效吸收物料下落时的冲击，大幅度降低物料下落时对输送带的冲击，有效改善和均衡分散落料点的受力状况，极大地降低摩擦力，真正改善了机械运行中的高耗能问题，延长缓冲床的使用寿命。因此，本文通过新旧技术相结合的设计理念改变运动副、增加自润滑系统和优化钢结构，使缓冲床综合性能优越，使用寿命长，有很好的推广及应用价值。

参考文献

[1]机械设计手册，第一卷/成大先主编.-4版.-北京：化学工业出版社，2002.1：250-272。

[2]机械设计手册，第一卷/成大先主编.-4版.-北京：化学工业出版社，2002.1：236-240。

[3]李云飞，带式输送机缓冲床研发，工程科技Ⅰ辑·矿业工程；《能源技术与管理》，2017年，02期。

[4]刘庆林，带式输送机重型可拆分缓冲床的设计及应用，矿山机械，第42卷2014年第8期。

[5]雷瑞芳，皮带落煤缓冲床的设计，工程科技Ⅱ辑；工程科技Ⅰ辑，矿业工程，《能源与节能》，2015年.06期。

（作者单位：龙钢集团华山冶金设备有限公司）